NASA wil helikopter meesturen met Mars 2020-missie

De NASA bouwt een onbemande helikopter die mee moet vliegen met de Mars 2020-missie, om over de planeet Mars te vliegen. Het is de eerste keer dat gepoogd wordt om met een luchtvaartuig een andere planeet te verkennen.

NASA's Jet Propulsion Laboratory is al in 2013 begonnen met de ontwikkeling van de Mars Helicopter. Het ontwerp dat nu klaar is, weegt 1,8 kilogram en is voorzien van dubbele rotors, die in tegengestelde richting draaien met een snelheid van bijna 3000rpm. Volgens de NASA is die draaisnelheid ongeveer tien keer zo groot als bij een helikopter op aarde; dat is nodig vanwege de dunne atmosfeer op Mars.

Het hoogterecord voor een helikopter op aarde is veertigduizend voet. De atmosfeer op Mars is zo dun, dat rondvliegen daar gelijk staat aan vliegen op een hoogte van honderdduizend voet op aarde. Om dat mogelijk te maken, moet de helikopter zo licht mogelijk zijn.

In de helikopter zit een lithium-ionaccu en die wordt opgeladen met zonnepanelen. Ook is de helikopter voorzien van verwarming om de koude nachten te overleven. Het is de bedoeling dat de helikopter gemonteerd op de buik van de nieuwe Mars-rover afdaalt richting de planeet.

Als de rover succesvol landt, wordt een geschikte plek gezocht om de helikopter los te koppelen. De rover zal vervolgens wegrijden om ruimte te maken voor het opstijgen. De helikopter wordt met hardware vanuit de Mars-rover aangestuurd. De helikopter zal autonoom moeten vliegen boven de rode planeet. Besturing in real time vanaf de aarde is niet mogelijk, vanwege de lange afstand.

De NASA heeft een test van dertig dagen in gedachten, met vijf vluchten die steeds langer worden, tot een paar honderd meter. De langste vlucht zal negentig seconden duren. Bij de eerste vlucht stijgt de helikopter naar een hoogte van drie meter om daar een halve minuut te blijven hangen.

De helikopter is volgens de ruimtevaartorganisatie een techniekdemonstratie. Het is de NASA er vooral om te doen om aan te tonen dat het mogelijk is om in de dunne atmosfeer van Mars te vliegen met een helikopter. Dat zou meer ambitieuze missies in de toekomst mogelijk maken.

Het helikopterproject is volgens de NASA een geval van high-risk, high-reward. De kans dat het project mislukt, is groot, maar dat zal de Mars 2020-missie verder niet beïnvloeden. De lancering van de Mars-rover en de helikopter is gepland voor ergens in juli 2020. De helikopter zal dan ergens in maart of februari 2021 aankomen.

Reacties (85)

[FuriousKiwi]

"De atmosfeer op Mars is zo dun, dat rondvliegen daar gelijk staat aan vliegen op een hoogte van honderdduizend voet op aarde."

Maar op mars is toch ook de zwaartekracht maar 1/3 van de aarde? zou dat dan niet een hoop moeten schelen ook? Of is dit meeberekend in die hoogte?

Ik heb er geen verstand van ofzo, maar dat viel mij op.

Edit: als het niet/amper uitmaakt, zou het fijn zijn als iemand dit een beetje kan uitleggen

[Reactie gewijzigd door FuriousKiwi op 28 juli 2024 22:16]

[Blaater]

Mijn Kerbal Space ervaring heeft mij het volgende geleerd.

Het zijn twee los van elkaar staande dingen. De quote heeft het puur over de luchtdichtheid, die staat op en lagere hoogte op mars gelijk aan de 100K hoogte op de aarde. Ongeacht de zwaartekracht die er speelt.

De aarde heeft een zwaartekracht van ~9.8 m/s2, wil je dus niet ten aarde storten dien je voldoende liftkracht te genereren. De liftkracht die je krijgt heeft te maken met de hoeveelheid lucht die je kan verplaatsen.

Wat je zegt klopt inderdaad, de lagere zwaartekracht helpt het om met minder liftkracht omhoog te komen, echter door de verminderde atmosfeer, dien je waarschijnlijk grotere rotoren te gebruiken om alsnog aan de liftkracht te komen die benodigd is.

Een snelle google leverde mij de volgende formule op:

L= 0,5P * v^2 * S * Cl

waarin:
P = dichtheid van de lucht
V = windsnelheid van de propellers (m/s)
S = opp van propeller (m)
Cl = is de liftcoëfficiënt (dimensieloos) t.o.v (aanstroomhoek)

Waarbij de L de waarde (in Newton) is die je moet bereiken om omhoog te komen. P de waarde is van de dichtheid, die dus op Mars lager is dan op aarde.

Iemand die voldoende tijd heeft mag het van mij gaan invullen om te berekenen of het juist makkelijker of moeilijker is om op Mars op te stijgen door het verschil zwaartekracht/luchtdruk.

[D.oomah]

Doet me denken aan What if van XKCD

[FuriousKiwi]

Thanks voor de duidelijke uitleg

[Verwijderd]

Voor de hoeveelheid lift die de rotors produceren is alleen de dichtheid van de atmosfeer van belang, de zwaartekracht niet, die bepaald alleen hoeveel lift je nodig hebt. Dus het maakt niets uit.

[FuriousKiwi]

Maar i.v.m. de lagere zwaartekracht kunnen de rotor bladen ook groter zijn zonder dat ze zoveel doorhangen toch? dus daar zullen ze ook mee spelen gok ik.

[Hopman42]

De atmosfeer aan de grond op Mars is gelijk aan de atmosfeer op Aarde op honderdduizend voet.

Dat de zwaartekracht op Mars 1/3 van de Aarde is wordt hier niet in beschouwing genomen, maar heeft wel degelijk invloed op het ontwerp en capaciteit van de helikopter.

[The Zep Man]

Het helikopterproject is volgens de NASA een geval van high-risk, high-reward. De kans dat het project mislukt, is groot, maar dat zal de Mars 2020-missie verder niet beïnvloeden.

Van het risico is de kans groot en de impact klein. Dat maakt het meer een middelmatig/laag risico.

Leuke ontwikkeling. Wat ook interessant is, is hoe goed/lang het apparaat blijft functioneren als diens missies succesvol voltooid zijn. Spirit hield het bijvoorbeeld heel lang vol.

[Tiny]

Waarom zou er gekozen zijn voor een dubbele rotor, en niet zoals je bijvoorbeeld bij drones ziet 4 losse rotors?

[D0gtag]

Dubble rotors omdat de lucht (op mars) ijl is en ze de rotors disproportioneel groot moeten maken, kleine rotors zijn veel minder efficiënt en zou het beteken dat als je een quadcopter maakt of een tandem dat de overbrugging dan lang zou worden (zwaarder, door toegenomen diameter van de bladen) Deze grote rotos doen al 3000 rpm, betekent dus dat je kleine rotors krijgt die 5k/9k rpm op aarde draaien dan 50k/90k moeten doen op mars.
Zelfde reden waarom een u2 vliegtuig zulke lange vleugels heeft, de lucht is ijl waar dit toestel verblijft.

[Reactie gewijzigd door D0gtag op 28 juli 2024 22:16]

[sebasmeer]

Gewicht is inderdaad het ding. Het moet zo licht mogelijk zijn. Minder motoren en hele lichte bladen.

Quote:"“The altitude record for a helicopter flying here on Earth is about 40,000 feet. The atmosphere of Mars is only one percent that of Earth, so when our helicopter is on the Martian surface, it’s already at the Earth equivalent of 100,000 feet up. To make it fly at that low atmospheric density, we had to scrutinize everything, make it as light as possible while being as strong and as powerful as it can possibly be.”
Bron: https://www.nasa.gov/pres...-red-planet-rover-mission

NASA is echter ook bezig met een drone met 4 motoren / 8 rotators ( The Dragonfly ). Echter niet voor Mars, maar voor andere missies naar Titan (grootste maan van Saturnus). Zie concept art: https://www.universetoday...onfly1-e1503641647985.jpg

[Jorgen]

Als de atmosfeer zo ijl is, is het dan überhaupt wel mogelijk om ooit een voor mensen adembare "lucht" op Mars te hebben? Ik neem aan dat ze ook wel nadenken over terraforming; watervorming en zuurstofvorming.

[preske]

Het gebrek aan voldoende zwaartekracht zorgt er voor dat het allemaal weer in de ruimte terecht komt

[Ero-Sensei]

Ik denk omdat ze niet langs elkaar maar juist boven elkaar zitten. Daarbij opgeteld dat ze in tegengestelde richting draaien heb je veel minder omwentelingen nodig om dezelfde opwaartse kracht te krijgen.

Althans, dat denk ik omdat het logisch klinkt..

[Torakk]

de tegengestelde richting is omdat het apparaat niet op de grond staat en dus ipv de rotor om zijn as zou draaien. dan zetten de twee los van elkaar draaiende delen zich tegen elkaar af als het ware. (klinkt een beetje zweverig misschien)

Als je van een helicopter de staart weghaalt (met zon propellortje erop) dan stort deze neer. met zo'n dubbele propellor heb je die propellor op de staart niet meer nodig omdat de tegengestelde propellors zich tegen elkaar afzetten en dus het toestel in balans houden.

een KA 52 helikopter werkt ook zo.

[p0linskie]

Ruimte en gewicht denk ik.

[Balance]

Waarschijnlijk een keuze qua gewicht/formaat. Vier motoren en vier rotors naast elkaar zijn zwaarder en groter dan een motor met twee rotors boven elkaar. Het is een prototype, een proof of concept, die vooral moet aantonen dat het mogelijk is. Als dat gelukt is zullen er ongetwijfeld grotere, duurdere en complexere drones naar Mars gaan, die bijvoorbeeld ook terug kunnen vliegen naar een basis om zichzelf weer op te laden.

[DarthSjaak]

Waarschijnlijk omdat de rotors heel erg lang worden.

[smitae]

Waarschijnlijk kun je dan met 1 motor unit de voeten bij de dubbele rotor setup.
Extra Motor, extra gewicht. Extra arm per rotor, etc, etc.
Dus hoe minder hoe beter lijkt mij, moet zo licht mogelijk zijn ivm de ijle atmosfeer.

[Verwijderd]

Omdat de omvang dan veel groter wordt en deze daardoor uitgeklapt moet worden wat het weer complexer en duurder maakt.

Tevens moet je altijd de propellers in beide richtingen laten draaien om het draaimoment op te heffen (anders gaat hij om zijn as draaien en heb je weer een andere propeller nodig om dat op te heffen, zoals bij een staartrotor van een normale helikopter).

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 28 juli 2024 22:16]

[Cluefull]

Met een enkele rotor heb je een staart rotor nodig om te voorkomen dat de helicopter in tegengestelde richting tot de rotor draait. (Torque in het Engels, koppel?)
Met twee rotors in tegengestelde richting wordt die kracht opgeheven.

[Sleurhutje]

Bij een enkele rotor zou de unit onder de rotor zonder staart(rotor) om zijn as gaan draaien (inertia). Bij contra-rotatie van twee bladen (coaxiale rotor) heffen die dat effect op waardoor de massa van de unit onder de rotors lichter kan zijn dan het gewicht van de bladen. En er is geen behoefte aan een start(rotor) om de boel recht te houden, draaien kan door 'e'en van de twee rotors sneller of langzamer te laten draaien.

Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Coaxial_rotors

[Reactie gewijzigd door Sleurhutje op 28 juli 2024 22:16]

[lezzmeister]

Lijkt een aangedreven zweefvliegtuig me handiger. Grote vleugels, zuinige elektromotor, zonnecellen over de vleugels. Dek je grotere afstanden af ook. Moet je het ding alleen wel opvouwen. Dat zal dan het probleem zijn.

[Verwijderd]

Het probleem dat de helicopter heeft (lage luchtdruk), heeft een zweefvliegtuig natuurlijk ook.
Ter indicatie: de rotor moeten ze 10x zo hard laten draaien om voldoende lift te creëren.
Dat probleem heeft een zweefvliegtuig natuurlijk ook, op te lossen door enorme vleugels, (die dan dus ook heel zwaar worden) of een voor een zweefvliegtuig abnormaal hoge snelheid.


Belangrijk voordeel van een helicopter is natuurlijk het gebrek aan behoefte aan zowel een landings- als startbaan; op Mars geen onaardig voordeel. Een combi zou in de toekomst wellicht een optie zijn. (VTOL)

[OddesE]

Toch zijn de enige toestellen die op grote hoogte opereren op het moment toch allemaal (zweef)vliegtuigen en geen helikopters.... Bekijk ook de extreme verschillen tussen (fixed) wing aircrafts en rotorcrafts als het op record hoogtes aankomt.

Dus ja, ik vind de keuze voor een helikopter ook een vreemde.

[Reactie gewijzigd door OddesE op 23 juli 2024 05:01]

[i-chat]

het gaat natuurlijk niet om het vliegen op zich. als dat het was, dan monteerde je gewoon een zwever onder de marslander en koppel je die na voldoende remming los zodat het zijn eigen vleugels uit kan vouwen en hopelijk op tijd kan optrekken. uit een duikvlucht.

het gaat hier echter om een helikopter, omdat die dingen nu eenmaal veel meer kunnen. Als je stelt dat het logisch is om te zweven op grotere hoogte zeg ik dat het logischer is dat de politie geen zweefvliegtuig gebruikt bij zijn surveillancetaken. Goede beelden en metingen zijn nu eenmaal lastig met hoge snelheid.

[Theo]

Een (zweef)vliegtuig is niet wendbaar; kan niet stil hangen voor observaties en foto's en heeft een landingsbaan nodig. En vooral dat laatste kan een uitdaging worden op een rotsachtige planeet..

[haarbal]

Ik denk dat er niet genoeg energie wordt opgewekt om hem permanent in de lucht te houden, als je de hele tijd moet landen, opladen en weer opstijgen is een heli denk handiger.

[0xygen500]

Waarom zou je dat ding op de buik bevestigen. indien de rover een harde landing heeft, is dat ding ook meteen kapot.

[mbb]

Zodat als er iets mis gaat bij het wegvliegen, hij niet op de rover kan vallen.
Door het onder de rover te hangen kan deze eerst wegrijden. De helicopter gaat pas vliegen als de rover op veilige afstand is.
De Rover is de primaire missie, en niets mag dat in gevaar brengen. De wetenschappers van Mars 2020 waren dan ook tegen het meenemen van de helicopter.
http://spacenews.com/nasa...copter-demo-on-mars-2020/

At a meeting of the National Academies’ Space Studies Board May 3, Ken Farley, project scientist for Mars 2020, said he and others on the mission had concerns about flying that technology demonstration.
“I am not an advocate for the helicopter, and I don’t believe the Mars 2020 project has been an advocate for the helicopter,” he said at the meeting. The major issue, he said, was that adding Mars Helicopter could disrupt science operations of the main rover during that 30-day test period even as the mission was working to find efficiencies elsewhere to maximize its overall performance.
He added, though, that Mars 2020 has worked to accommodate the helicopter, and was not concerned about any technical risk to the mission from it. “Everybody agrees it will not put the mission at risk,” he said. “All the decisions that are being made have to honor that.”

[Jokurino]

De helikopter zal autonoom moeten vliegen boven de rode planeet. Besturing in real time vanaf de aarde is niet mogelijk, vanwege de lange afstand.

Ben heel benieuwd of dit ooit mogelijk zal zijn!

[ZpAz]

Als je een manier vind om informatie sneller te sturen dan het licht, aangezien dat de limiterende factor is. Een bericht sturen naar Mars duurt iets langer dan 6 minuten. Dan moet de helikopter zijn beeld ook weer terug sturen, samen dus meer dan 12 minuten (wanneer Mars het dichtste bij is). Als je ooit met lag gespeeld hebt in games, dan zul je weten dat dit veel te langzaam is.

[Reactie gewijzigd door ZpAz op 28 juli 2024 22:16]

[bluegoaindian]

Als je een manier vind om informatie sneller te sturen dan het licht, aangezien dat de limiterende factor is. Een bericht sturen naar Mars duurt iets langer dan 6 minuten. Dan moet de helikopter zijn beeld ook weer terug sturen, samen dus meer dan 12 minuten. Als je ooit met lag gespeeld hebt in games, dan zul je weten dat dit veel te langzaam is.

quantum entanglement.
lost dat op , maar het aanpakken van interferency is dat lastiger....
een laser naar mars kan maar dat kan niet worden onderbroken.....
https://www.youtube.com/watch?v=1zD1U1sIPQ4

[Atmosfeer]

Voorlopig kunnen we geen informatie sturen via QE. Wellicht dat dat nooit mogelijk zal zijn.

https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem

[OddesE]

Als dat mogelijk zou zijn zouden tijdreizen ook mogelijk zijn volgens mij.

Feitelijk is de lichtsnelheid eigenlijk de speed of causality (C). De snelheid van de oorzaak. Licht reist met die snelheid, maar niet alleen licht.

[Atmosfeer]

Ja wellicht. Het hangt ervan af of QE nou wel of niet verbonden is aan de ruimte-tijd. Op het eerste gezicht lijkt het niet de regels te breken omdat er in feite niks 'reist'. Het is instant, op welke afstand dan ook.

[Verwijderd]

Qe laat enkel toe om de toestand van beide deeltjes te bepalen, niet om ze te beïnvloeden, zodat communicatie niet mogelijk is

[Verwijderd]

12 minuten is vrijwel optimaal, kan oplopen tot 20 minuten als Mars weer eens verder weg staat.

[84hannes]

Volgens mij is 12 minuten niet helemaal optimaal. Volgens mij kan mars minimaal 54,6 miljoen km en maximaal 401 miljoen km bij ons vandaan zijn. Dat is ruim een factor 7. Het licht doet over de kortste afstand:
(54,6m*10^6*10^3/c)/60s = 3 min en 2s
en over de langste afstand
(401m*10^6*10^3/c)/60s = 22 min en 18s
Afhankelijk van of je éénrichtingverkeer, of terugkoppeling bedoelt (je helikopter dreig tegen een boom te botsen en je moet corrigeren) is de vertraging dus minimaal 3/6 minuten, en maximaal 22/45 minuten.

edit:
Berekeningen gecorrigeerd, met dank aan @Wotuu

[Reactie gewijzigd door 84hannes op 22 juli 2024 13:33]

[Wotuu]

Tikfoutje met 401 ipv 201? 3*4 is ook geen 22.

[VorteXLP]

Quantum entanglement?

[Verwijderd]

Dat is een fenomeen waarbij >2 natuurkundige objecten verbonden zijn. Het ene object kan niet compleet beschreven worden zonder het andere object te noemen, ookal zijn deze gescheiden in de ruimte.

[CrackSlet]

Haha Ik denk niet dat je hiervoor ooit (al dan niet met lag) moet hebben gegamed om dit voor te stellen

[Tiny]

Tuurlijk, er moet alleen even iets worden uitgevonden wat ons in staat stelt iets sneller dan het licht te versturen.

Voor de rest zie ik geen obstakels

[Theo]

Er zal vast wel een tussenweg zijn qua besturing. Vanuit het commandocentrum op aarde zal er niet real-time met een joystick kunnen worden gevlogen. Wel zouden ze aan de hand van vers ontvangen data kunnen aangeven dat ze van $locatie bepaalde detailopnames willen hebben, of ze kunnen een aangepaste of extra vliegroute opgeven. Dan is het wel autonoom, maar ook met handmatige input vanuit aarde. Een update van opgevraagde (meet)data zal dan binnen een half uurtje op aarde kunnen zijn.

[Highlow9]

Zeker vet maar ik zou het eerste een drone noemen. Technisch gezien zal helicopter vast wel kloppen maar bij een helicopter denk ik altijd eerlijk gezegd toch aan iets groters. Overigens is 3000 RMP best heel erg veel dat is namelijk 50 Hz! Stel je die enorme krachten een voor die de rotors ondervinden.

[Reactie gewijzigd door Highlow9 op 28 juli 2024 22:16]

[Junketsu]

Wellicht dat er daarom gebruikt wordt gemaakt van twee bladen die tegenovergesteld draaien, om de krachten op te heffen?

[Robbaman]

Tegenovergestelde bladen zijn doorgaans vooral bedoeld om te voorkomen dat het voertuig om z'n eigen as gaat draaien. "Gewone" helicopters gebruiken hier een rotor in de staart voor, maar een alternatieve manier om hetzelfde te bereiken is om dubbele, tegengesteld draaiende, hoofdroteren te gebruiken.

[DarthSjaak]

Die krachten zullen wel meevallen, want de luchtweerstand is een stuk lager

[Verwijderd]

Centrifugaal krachten blijven gelijk hoor. De krachten van de luchtweerstand overigens ook als je er goed over nadenkt!

[DarthSjaak]

Dat bedoel ik, de krachten zullen niet veel groter zijn dan een "langzame" rotor op aarde.

[OddesE]

Hierboven werd de vraag al gesteld of de lagere zwaartekracht het lift probleem niet zou kunnen opheffen. Mij lijkt het theoretisch gewoon 3 keer zo makkelijk op Mars dan op Aarde, want door de lagere luchtdruk heb je weliswaar minder lift, maar ook minder weerstand en het lijkt me dat dat elkaar al aardig opheft en dat de lagere zwaartekracht dus gewoon winst is daar bovenop.

[Nullius]

Technisch gezien is het allebei correct.
Een drone is een 'unmanned aerial vehicle', wat in de vorm van helikopter, vliegtuig of zelfs ballon kan komen.
Daarom is de term 'helikopter' in dit artikel iets specifieker.
Dat het onbemand is, is in dit scenario vrij duidelijk.

[Keipi]

Misschien fijn om de eenheden in een nederlandsr artikel ook naar nederlandse standaarden te vertalen? 40 000 voet zegt mij niet zoveel

[Korvaag]

Ook in Nederland gebruikt de luchtvaart 'voet' als hoogte-eenheid.

[Epsilon]

Gangbare term in luchtvaart en dus hier op zijn plaats.

Is 12192 meter trouwens .

[wisselwerking]

Gangbare term als je in de luchtvaart zit misschien, maar de gemiddelde burger "werkt" toch met (kilo)meters. Daarom hoort een toerist/reiziger in het vliegtuig (ook) wat de hoogte in (kilo)meter is.

[Sk313t0r]

1 voet is +/- 30 cm, dus 40.000 voet is +/- 12 km

[rmberendsen]

Neem ongeveer 30 cm voor een voet en dan kom je op ongeveer 13 km en dan zegt 13 km de hoogte in natuurlijk ook niet zo heel veel

[COW_Koetje]

Mogen we weer namen bedenken voor de voertuigen, wat in het verleden wel vaker werd gedaan.
Want "Airwolf" is het eerste wat bij me opkomt. En dan de begin tune bij het opstijgen

[Sk313t0r]

I concur!

[Skyrunner]

Uit een krater natuurlijk, gewoon, voor dat retro gevoel

[proatjeboksem]

Zo, rotorbladen zonder bescherming? Nou zal dat spul wel wat steviger gebouwd worden dan drones van de action, maartoch, je wilt niet dat zo'n ding te pletter slaat op Mars.

[spNk]

Wist je dat een helikopter op aarde ook geen beschermde rotorbladen heeft? En er op Mars geen bomen, huizen en lantaarnpalen zijn?

[Reactie gewijzigd door spNk op 28 juli 2024 22:16]

[sugarlee89]

Militaire helikopters wel degelijk, in vietnam werden er de toppen van de bomen mee verwijderd om zo troepen te kunnen dumpen of gewonden te kunnen oppikken.

[proatjeboksem]

Dat scheelt wel, natuurlijk, maartoch, als de software of piloot zich vergist, duurt het ff voordat je er een nieuwe hebt. Of ze moeten er al meerdere gaan sturen, natuurlijk.